半硬磁性FeCrCo合金的热处理工艺及其对性能的影响

序号
固溶 (时间20min)
磁场热处理 (时间1h)
1
1200℃
640℃
时效 Ⅰ
剩磁 T
1.3752
矫顽力 kA·m－1
13.6
2
1250℃
640℃
Ⅰ 1.3950
14
3
1300℃
640℃
Ⅰ 1.4280
13.6
4
1300℃
645℃
Ⅰ 1.4150
12.8
5
1300℃
650℃
Ⅰ 1.3250
12
6
1300℃
640℃
Ⅱ 1.4290
16
7
1300℃
640℃
Ⅲ 1.4380
18.4
8
1300℃
640℃
Ⅳ 1.4250
20.8
注：时效工艺Ⅰ：620℃×1h+610℃×1h+590℃×3h； Ⅱ：620℃×1h+610℃×1h+590℃×3h+585℃×0.5h； Ⅲ：620℃×1h+610℃×1h+590℃×3h+580℃×0.5h； Ⅳ：620℃×1h+610℃×1h+590℃×3h+580℃×1h
这类合金基本上要求剩磁在 1.3T 以上，矫顽 力在 16~24kA/m 之间，并且要求矫顽力上下限的 差值在 6kA/m 以内。从表 1 可以看出在合理的固 溶温度区间内，随着固溶温度的提高，合金的剩磁 也会增大。同样合金的磁性能也和等温磁场热处理 温度关系很大，不当的磁场热处理温度会导致合金 剩磁和矫顽力的严重降低。同样铁铬钴合金多级时 效处理的温度和时间的微小改变，将使材料的磁性 能发生很大的变化，因此这类合金对时效处理的工 艺要求很严格，时效处理的温度和时间都要做到精 确控制。 2.2 低剩磁、低矫顽力半硬磁铁铬钴合金的热处理
多年以来，铁铬钴永磁合金主要用来替代 AlNiCo5 永磁合金以及弥补 AlNiCo5 永磁合金不
收稿日期：2009-07-23 修回日期：2009-08-06 作者通信：E-mail: liway654@sohu.com
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能加工的不足。但是随着科技的日益发展，各个应 用领域对磁性材料提出了新的要求。新出现的磁滞 电机、超转速马达、织袜机、电脑绣花机、商品防 盗器等一些设备要用到高剩磁、低矫顽力的半硬磁 磁性元件，或者低剩磁、低矫顽力的半硬磁磁性元 件。现用的一些磁性材料由于生产工艺复杂以及磁 特性的局限性，制约了这些设备的发展[1]。经过实 验和生产实践，铁铬钴合金所具有的半硬磁特性完 全可以满足这些设备的需要。
这类半硬磁铁铬钴合金热处理过程是：在 1200~1300℃下进行高温固溶处理，保证基体是单 相 α，在 620~660℃温度区间，在高于 160kA/m 的 磁场下进行等温磁场热处理[2]，然后再进行多级时 效处理。表 1 是不同热处理工艺、不同时效处理制 备的铁铬钴合金的半硬磁性能。
表 1 不同热处理工艺铁铬钴合金的半硬磁性能
Abstract: Semi-hard magnetic FeCrCo alloy was made by conventional casting process followed by solid
solution, magnetic heat-treatment and aging. The effects of heat-treatments on the magnetic properties of the alloy were researched. It showed that the heat-treatment temperature and time has distinct effect on the magnetic properties of the alloy. FeCrCo alloy with different semi-hard magnetic properties for different applications can be acquired by changing the heat-treatment process. In this foundation, the process controlling points were summarized. It was pointed that the coercivity deviation of semi-hard magnetic FeCrCo alloy can be controlled within 4kA/m by adopting proper equipment and technology controlling.
2 实验方法
铁铬钴合金的熔炼是在 200kg 的真空中频感 应炉中进行的，以工业纯铁、金属铬、电解钴、高 纯硅和其他一些合金化元素为原料，按 Cr 24.7
J Magn Mater Devices Vol 41 No 1
wt%、Co 12.9wt%、Si 1.1 wt%、余 Fe 为主配方配 料，在 200kg 真空中频感应炉熔炼，然后经过锻造、 热轧和冷拔加工成∅5×40mm 的样件。 2.1 高剩磁、低矫顽力半硬磁铁铬钴合金的热处理
多级时效处理是铁铬钴合金获得理想磁性能 的最重要环节，通过改变多级时效工艺从理论上来 看有改变合金磁性能的可能性。图 1 是多级时效处 理过程中不同温度段对铁铬钴永磁合金性能的影 响。图 2 是多级时效处理过程中时效时间对铁铬钴 永磁合金性能的影响。
从图 1 可以看出，在多级时效过程中的不同时 效处理温度段，合金的磁性能是有规律可循的。在 590℃以上的多级时效温度段内，剩磁随着时效温 度的逐渐降低而急速升高，而矫顽力的增幅却不 大；在 590℃以下的多级时效温度段内，剩磁基本 上不发生变化，矫顽力随着温度的降低而快速升 高，最后在 520℃时获得铁铬钴永磁合金的最高磁 性能。从图 2 可以看出，在多级时效过程中的任一
从前面的实验数据可以看出，在同样的热处理 条件下，改变固溶处理的温度，半硬磁类铁铬钴永 磁合金的剩磁随着的固溶温度的提高而明显增加。 因此，采用较高的固溶温度，可以提高半硬磁合金 的剩磁。
3.2.2 磁场等温处理的影响
根据调幅分解的一般规律以及铁铬钴合金的
特点，永磁类铁铬钴合金在最佳的等温温度点±2℃
57
Br/T Hc/kA·m－1
Br/T Hc/kA·m－1
时效温度/℃ 图1 多级时效处理过程中不同温度 段对铁铬钴永磁合金磁性能的影响
时效时间（时效温度 570℃）/min 图2 多级时效过程中时效时间对
铁铬钴永磁合金磁性能的影响
温度段（图 2 以 570℃时效为例）的开始时段，矫 顽力随着时效时间的延长而快速增加，但上升到一 定值后，随时间的延长矫顽力不再明显提高。因此 改变多级时效过程中某一温度下时效处理的时间 也可以改变铁铬钴永磁合金的磁性能。从这些规律 可以看出铁铬钴永磁合金的磁性能是可以通过控 制多级时效处理的温度和时间来改变的，这也是获 得铁铬钴永磁合金半硬磁特性的原理。
这类半硬磁合金的热处理和高剩磁、低矫顽力 类合金的热处理有很大的相似性，最大的区别就是 这类合金的等温热处理过程中不用加磁场，也就是 获得各向同性的磁体。表 2 是不同热处理工艺、 不同时效处理制备的各向同性铁铬钴合金的磁性 能。
这类合金要求剩磁在 0.8~0.9T 之间，矫顽力在 24kA/m 以上。其磁性能与热处理之间的关系和规
磁性材料及器件 2010 年 2 月
表 2 不同热处理工艺、不同时效处理 制备的各向同性铁铬钴合金的磁性能
序号
固溶 (时间20min)
1
1200℃
等温处理 (时间1h)
640℃
时效 A
剩磁 T
0.837
矫顽力 kA·m－1
19.6
2
1250℃
640℃
A 0.841
18.8
3
1300℃
640℃
A 0.857
工艺·技术·应用
半硬磁性 FeCrCo 合金的热处理工艺及其对性能的影响
李文军，凌 铨
（宁波盛事达磁业有限公司，浙江宁波 315470）
摘 要：用传统的铁铬钴制造方法结合固溶、磁场热处理、时效工艺制备了半硬磁性铁铬钴合金。分析了
热处理工艺对合金磁性能的影响。结果表明，热处理的温度和时间对合金磁性能有显著影响。通过改变铁铬钴
通过试验我们也发现改变铁铬钴合金固溶处 理和磁场热处理的温度和时间也可以改变铁铬钴 合金的磁性能，但是效果却没有通过改变多级时 效处理的温度和时间明显，其规律性比较难以掌 握。 3.2 分析与讨论
铁铬钴合金的半硬磁特性是以它的永磁特性 为基础的，只有成分和磁性能稳定的铁铬钴永磁合 金才能通过改变热处理工艺获得适当的半硬磁特 性。不过半硬磁特性的铁铬钴合金要求的矫顽力偏 差一般都要控制在 4kA/m 以内，这就使得热处理 过程中温度和时间的控制比永磁类铁铬钴合金更 为严格，同时对生产工艺控制和生产设备的要求也 很严格。这也是半硬磁类铁铬钴合金批量生产过程 中的难点和重点。热处理过程中的固溶处理、磁场 热处理、时效处理以及设备和工艺控制都会对半硬 磁类铁铬钴合金的性能产生影响。 3.2.1 固溶处理的影响
律和高剩磁、低矫顽力类合金基本上是一致的。
3 结果与分析
3.1 铁铬钴永磁合金半硬磁特性获得的理论依据 铁铬钴永磁合金属于亚稳分解型永磁合金[2]。
铁铬钴永磁合金的热处理是根据单相区的温度选 择固溶化处理温度，经固溶化处理后保证基体是 α 单相，然后再在亚稳分解温度下进行磁场处理，发 生 α→α1＋α2 的转变，形成富 Fe、Co 的 α1 相和富 Cr 的 α2 相。但在磁场处理后，合金处于亚稳定状 态，磁性能很低。只有经过多级时效处理后，使得 α1 和 α2 相互扩散，α1 和 α2 两相成分差和点阵常数 差逐步增加，形成强铁磁性相的 α1 相单畴粒子弥 散地分布在非(弱)铁磁性相 α2 相基体周围的组织 结构[1]，从而得到良好的磁性能。
文章编号：1001-3830(2010)01-0056-03
Heat Treatment and Its Effect on the Properties of Semi-hard Magnetic FeCrCo Alloy
LI Wen-jun, LING Quan Ningbo Shengshida Magnetics Co, Ltd, Ningbo 315470, China
19.2
4
1300℃
645℃
A 0.828
18
5
Biblioteka Baidu
1300℃
650℃
A 0.758
15.6
6
1300℃
640℃
B 0.725
21.2
7
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C 0.847
24
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640℃
D 0.852
25.2
注：时效工艺 A：620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h+570℃×3h B：620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h+570℃×3h+565℃×1h C：620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h+570℃×3h+560℃×1h D：620℃×1h+610℃×1h+590℃×2h+570℃×3h+560℃×2h
永磁合金的热处理工艺，可得到不同性能的半硬磁类合金，以满足不同的应用需求。在此基础上总结了工艺控
制要点。最后指出，采用合适的设备及工艺控制方法，可以控制半硬磁合金的矫顽力偏差在 4kA/m 以内。
关键词：铁铬钴永磁合金；半硬磁特性；热处理；设备；工艺控制
中图分类号：TM274; TG156
文献标识码：B
的范围内进行等温热处理，通过后续的时效处理其
矫顽力偏差基本上都在 4kA/m 以内。因此采取最
佳的等温热处理温度就可以最大限度地减小等温
处理对后续时效处理的影响。这个规律也适应于半
硬磁类铁铬钴永磁合金的热处理，不过半硬磁类铁
铬钴的磁场等温处理温度偏差比永磁合金要更严
Key words: FeCrCo permanent magnet alloy; semi-hard magnetic mharacteristic; heat-treatment;
equipment; technology controll
1 引言
Fe-Cr-Co 是 1970 年代发展起来的一种新型永 磁合金，因其具有良好的可加工特性以及具有与 AlNiCo5 相媲美的磁特性，在永磁材料中占有一席 之地。几十年来 Fe-Cr-Co 永磁合金获得了长足的 发展，其中含钴 10~12wt%的 Fe-Cr-Co 永磁合金因 其钴含量低、磁性能相对较高且加工工艺比较简 单，现已投入大批量工业生产。